Radioaktív sugárzások az orvosi gyakorlatban
Dr Smeller László
Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet
A sugárhatás osztályozása
dózis
Determinisztikus A károsodás valószínűsége
Sztochasztikus A károsodás valószínűsége
Az ionizáló sugárzások biológiai hatása
100%
dózis
A sugárhatás osztályozása Sztochasztikus Kis dózisok esetén Kevés számú találat Véletlenszerűen kialakuló Nincs küszöbdózis Súlyosság f.len a dózistól Sugárveszélyes munkahelyen dolgozók, rtg. ill. izotópdiagnosztikai vizsgálatok páciensei
Determinisztikus Nagy dózisok esetén Sok találat Törvényszerűen kialakuló Van küszöbdózis Súlyosság nő a dózissal sugárbalesetek
ALARA elv • As Low As Reasonably Achievable • Olyan kevés, ami ésszerűen elérhető Költség
optimum Sugárkárosodás költsége
Az izotópdiagnosztika fizikai alapjai
sugárvédelem költsége Dózis
Bevezetés Izotóp : azonos Z különböző N különböző A rendszám neutronszám tömegszám stabil Egy elem különböző izotópjai instabil A kémiai tulajdonságokat az elektronburok határozza meg. radioaktív Z = elektronok száma => a stabil és instabil izotópok kémiai és biológiai bomlik, viselkedése (anyagcsere!) bomláskor sugároz megegyezik. De a radioaktív izotóp sugároz és detektálható! Izotóp ⇒ radioaktív izotóp
Izotópdiagnosztika: olyan módszer, amely során a radioaktív izotópok által kibocsátott sugárzás mennyiségének, térbeli és időbeli eloszlásának detektálásával nyerünk diagnosztikai információt. Milyen információt kaphatunk? A vizsgált szerv mérete, működőképessége, a funkció sebessége (pl. pajzsmirigy jódfelhasználása)
Hevesy György 1885-1966 1943 Nobel díj
Általános szempontok: Sugárvédelem Páciens
Többletinformáció: Funkció! Morfológiai információ mellett a működés sebességét is megmérhetjük: hipofunkció - hiperfunkció megj: ne keverjük össze a kontrasztanyaggal!!!
Az izotóp kiválasztásának szempontjai
Információ
Személyzet
Alapvető sugárvédelmi szabály: Az izotóp akkor a legveszélyesebb, ha inkorporálódik. Most mégis ezt tesszük! Miért? Cost-benefit elv: Megéri-e a sugárkárosodás kockázata az így kapható információt? (Minden tevékenység veszélyes!)
1. Melyik elem izotópját használjuk? Amelyik felhalmozódik a vizsgálandó szervben (kritikus szerv)
Az elemek periódusos rendszere
1. Melyik elem izotópját használjuk? 2. Mekkora aktivitást használjunk? 3. Milyen hosszú legyen az izotóp felezési ideje? 4. Milyen sugárzást emittáljon az izotóp? 5. Mekkora legyen a sugárzás energiája?
Tipikus pl. 131I pajzsmirigyvizsgálathoz 59Fe vörösvértest felépülés De! Nincs minden szervhez ilyen izotóp => hordozómolekulára kell ültetni előny: (majdnem) szabadon választható az izotóp, az izotóp tulajdonságai optimalizálhatóak a sugárvédelem és a mérés szempontjából Megj:nagyon kis mennyiség! pmol (ld. jegyzet 34-36 feladatok) ilyen kis mennyiségben nem mérgező!
Képminőség ↔ Dózis
2. Mekkora aktivitást használjunk? sugárvédelem: kicsit
detektálás: nagyot
„arany középút”
MBq…100 MBq függ a mérés idejétől is! gyors méréshez nagy Λ kell! pl. szív
Detektált γ fotonok száma Poisson eloszlást követ: σ= μ Pl:
Nimp=100 ≈μ => σ =10 (10%) N’imp=10000 ≈μ => σ =100 (1%)
3. Felezési idő
De! Λ=
ΔN Δt
• T nem lehet rövidebb, mint a vizsgálandó
ΔN = − λN Δt
folyamat karakterisztikus ideje.
Pl. vvt élettartam ≈ hónap
ln 2 Λ = λN = N T
A bevitt radioaktív atomok száma: N = ΛT
ln 2
Mivel (majdnem) az összes radioaktív atom a testben bomlik el: N ~ sugárterhelés Ugyanakkora Λ mellett a sugárterhelés kisebb felezési idejű izotóp választásával csökkenthető!
=> T legyen minél rövidebb
T = 6h (túl rövid!) T = 28 nap OK 60Co T = 5 év (túl hosszú!)
99mTc 51Cr
• Szállítás problémája: 10 T alatt Λ -> Λ/1000 Pl.: ha T =2 perc 20 perc múlva 1MBq -> 1kBq
=> a nagyon rövid felezési idejű izotópokat helyben kell előállítani! (ciklotron, Tc-generátor) pl.
18F
110 perc
15O
2 perc
(PET)
4. Milyen sugárzást emittáljon az izotóp? α, − β+, β
hatótáv szövetben
< mm mm-cm
nem lép ki a testből
Tc generátor 99 42
információt nem ad, csak károsít
γ: csak részben nyelődik el, detektálható Az optimális izotóp csak γ sugárzást emittál!
h 6h 99 m 99 Mo ⎯66 ⎯→ 43Tc ⎯⎯→ 43Tc
γ
β−
Időben szétválik a β− és a γ kibocsátás. Elkülöníthető a 99mTc ami tisztán γ-sugárzó.
kivétel PET, ahol β+ izotópot használunk. (ld. később)
A tisztán γ-sugárzó izotóp:
• ritka • izomer magátalakulás pl. 99mTc
5. Mekkora energiájú legyen a γ-foton? nagy energia: kevéssé nyelődik el a szövetekben (sugárkárosodás) de nehéz detektálni kis energia: nagyrészt elnyelődik a szövetekben => károsít
arany középút: néhány 100 keV optimális 99mTc
: 140 keV OK
Optimális izotóp: 99mTc nagyon sok vizsgálathoz használják megfelelő hordozómolekulához kötve
Izotópdiagnosztikai eljárások in vivo in vitro pl. RIA => fluor.
Időbeli folyamat Dinamikus felv.
vvt élettartam
Térbeli eloszlás Statikus felv.
γ-kamera 2D Σ
Izotópfelvételi görbe SPECT Szcintillációs mérőfej 3D
szcintigráf 2D Σ
PET
2D tomogr.
In vivo > Térbeli eloszlás > γ-kamera
In vivo > Térbeli eloszlás > γ-kamera
képernyő számítógép fotoelektronsokszorozók fényvezető szcintill. kristály ólomkollimátor
Feloldóképesség: kollimátornyílások (PM csövek száma néhány x10)
Időbeli és térbeli felvétel kombinálása: Egymás utáni felvételek γ-kamerával
Máj metasztázis
99mTc
fitát
pajzsmirigy hideggöb meleggöb 99mTc
összaktivitás
pertechnetát
t
Az izotópfelvételi görbe jellemzői pl: pajzsmirigy 131I (jódfelvételi görbe) 131I β--t is sugároz ezért manapság inkább 99mTc pertechnetát Na99mTcO4
Λ az izotóp beadása
exponenciális
Teff
t
Λ
Biológiai kiürülés + fizikai bomlás A bomlási valószínűségek adódnak össze: λfiz+λbiol=λeff
exponenciális
Teff
hyperfunkció hypofukció
Vesefunkció vizsgálat (renogram)
t
1 1 1 = + Teff T fiz Tbiol
ln 2 λ= T
mérjük tudjuk számoljuk (táblázat)
Ue. vesefunkció vizsgálatára (renográfia)
SPECT
Izotópdiagnosztikai eljárások in vivo
in vitro pl. RIA => fluor.
(Single Photon Emission Computed Tomography)
Időbeli eloszlás
vvt élettartam
Térbeli eloszlás
γ-kamera 2D Σ
Izotópfelvételi görbe SPECT 3D Szcintillációs mérőfej
szcintigráf 2D Σ
PET
2D tomogr.
γ-kamera forog 3 dimenzós kép izotópeloszlás
SPECT
CT és izotópdiagnosztika kombinálása PET-CT
